Después de que una estrella vive y muere, asumo que virtualmente toda su masa sería fotones. Si ya han vivido y muerto suficientes estrellas, ¿no podría haber suficiente energía fotónica allí afuera para dar cuenta de toda la "materia oscura" faltante en el universo?
Y si hubiera suficientes fotones para dar cuenta de toda la masa faltante, ¿cómo se vería para nosotros?
Como regla general, las partículas con masa cero que viajan a la velocidad de la luz no son buenas para la materia oscura, porque la materia oscura se concentra alrededor de atracciones gravitatorias. Debe tratarse de partículas con algo de masa que puedan estar en reposo para permanecer alrededor de un centro galáctico desde el principio. Además, deben estar controladas por interacciones débiles, si se descomponen, porque el halo de materia oscura es estable durante largos periodos de tiempo.
Quizás debería añadir que fotones muy fríos desde el comienzo de la formación del universo observado existen y han sido detectados como radiación de Fondo Cósmico de Microondas, fotones de frecuencia muy baja, uniformemente distribuidos en el cosmos.
Gracias por su respuesta. ¿Si hubiera un mar de fotones, no se concentrarían también alrededor de los atrayentes gravitacionales? ¿No habría más fotones en el pozo de energía potencial del atrayente gravitacional de lo que habría en el espacio plano? ¿No sería esta situación estable? ¿Realmente solo los candidatos son las partículas con masa?
Aparte de la órbita inestable en $r = 3M$, no puedes atar fotones en un pozo gravitacional. La razón es simplemente que siempre viajan a $c$, mientras que las partículas con masa pueden tomar cualquier velocidad. Por eso los planetas pueden tener órbitas estables alrededor del Sol. Existe una distancia única de una masa donde la velocidad de la luz coincide con su velocidad orbital, pero incluso esta órbita es inestable, por lo que nunca encontrarías una concentración significativa de fotones allí.
Hay un argumento simple por el cual los fotones emitidos por las estrellas no pueden ser materia oscura, y es porque hay aproximadamente diez veces más materia oscura que materia normal. Si todas las estrellas creadas en el Big Bang se hubieran convertido en fotones, todavía no habría suficientes de ellos.
Puede argumentarse que tal vez se creó más materia normal de la que pensamos durante el Big Bang, pero la teoría de Nucleosíntesis del Big Bang coloca un límite en cuánta materia normal fue creada, y este límite es cuatro veces más pequeño que la cantidad de materia oscura. La materia oscura tiene que ser algo extraño.
Si estás interesado en más información, este documento es una buena revisión, ¡aunque más difícil de entender que las respuestas aquí!
No es cierto. Si los fotones son de una frecuencia extremadamente baja, solo podrías detectar esos fotones usando una antena extremadamente grande, que no se puede construir. Este tipo de fotón podría ser el que hace funcionar el EMDrive.
Solo quiero señalar que parece que algunas personas pueden estar confundiendo la 'materia oscura' con la 'energía oscura'. La materia "normal" común, como electrones, neutrones, y similares, se estima que constituye aproximadamente el 5% de la densidad de materia/energía de nuestro universo.
La materia oscura, estimada en aproximadamente el 25% de la densidad de materia/energía del universo, es materia que tiene masa, pero cuyos efectos gravitacionales y otros no son directamente visibles. La materia oscura es en cierta medida misteriosa, pero podría ser fácilmente algo como partículas exóticas o océanos de agujeros negros entre galaxias.
La energía oscura es el verdadero misterio; constituye el otro (aproximadamente) 70% de la densidad de materia/energía del universo necesaria para explicar la cosmología inflacionaria y la expansión/aceleración del universo.
Los fotones son partículas sin masa que incorporan energía, visibles cuando chocan con objetos. Me parece interesante la idea de que la energía de los fotones podría al menos en parte constituir alguna solución al problema de la energía oscura "perdida". Como se ha señalado, es difícil conciliar cómo tanta energía "perdida" podría haber venido de tan poco: el 5% de materia ordinaria creando toda esa energía oscura. Pero no veo nada imposible en esta idea en general. Tal vez la materia oscura también contribuya de alguna manera a esto. Incluso podría haber fuerzas electromagnéticas oscuras que creen fotones oscuros, esto puede verse como extradimensional como mencionó un usuario anteriormente.
"Es muy humilde pensar que la materia ordinaria, incluyendo todas las partículas elementales que hemos detectado en experimentos de laboratorio, solo constituye aproximadamente el 5% de la densidad de energía del universo." _Sean Carroll
Con tan poco de lo que estamos acostumbrados a ver e interactuar de manera significativa en realidad conformando lo que existe, la especulación sobre qué más hay por ahí no solo está justificada sino que es necesaria.
Los fotones no tienen masa. Así que tu suposición es incorrecta, aunque no sé cuánta masa de una estrella de la secuencia principal, por ejemplo, se convierte en fotones a lo largo de su vida.
Los fotones no pueden explicar, por ejemplo, la materia oscura, porque la materia oscura tiene masa.
La energía térmica (en el vacío) está compuesta por fotones, que pueden formar espontáneamente pares de partícula-antipartícula. Por lo general, estos se aniquilan rápidamente, por lo que esto tampoco es una buena fuente de masa.
-1. Los fotones no tienen masa, pero sí tienen energía. Es totalmente posible que durante la vida de una estrella, una cierta cantidad de su masa se convierta en energía (es decir, fotones).
La suposición era que toda la masa de una estrella se convierte en energía en forma de fotones. Hazme reír por un momento. Dices que la materia oscura tiene masa. ¿Cómo lo sabes? ¿Es porque afecta a la gravedad? ¿Sabemos con certeza que los fotones no afectan a la gravedad?
¡Encantado de complacerte! La materia oscura se detecta solamente a través de sus efectos gravitatorios. Solo las partículas masivas tienen campos gravitatorios. En cuanto a los fotones que afectan a la gravedad, el único mecanismo que conozco es la creación de pares de partícula/antipartícula, que como dije, no es una buena fuente de masa/gravedad porque se aniquilan rápidamente. No puedo decir que sepamos con certeza que los fotones no afecten a la gravedad, solo que no lo hacen en la Relatividad General. Básicamente, no hay consenso sobre los orígenes de la gravedad... pero ningún experimento/observación ha indicado que los fotones sí afecten a la gravedad.
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Solo una pequeña fracción de la masa de una estrella se convierte en fotones.
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Los cosmólogos sí tienen en cuenta los fotones en sus cálculos. Sin embargo, la energía de todos los fotones emitidos por las estrellas, e incluso aquellos emitidos en eventos extremos como supernovas y procesos de acreción de agujeros negros, es relativamente pequeña. La energía de los fotones en el universo es predominantemente la del CMB.
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@DavidZ: El CMB no es luz de las estrellas. Se formó antes de la formación de estrellas.
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@BenCrowell Lo sé, no estaba hablando sobre el CMB y parece que Tom tampoco. En cualquier caso, estos comentarios realmente no deberían ser comentarios, así que me gustaría volver y eliminarlos después de un tiempo.